CN111354052B - 一种pet图像重建方法和系统 - Google Patents

一种pet图像重建方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供的PET图像重建方法，基于多个并行运行的重建节点用于图像重建，包括：S1、获取多个图像重建任务。S2、按照预设时间间隔获取多个重建节点的工作状态，存在空闲的重建节点时，若空闲节点数目大于或等于未分配图像重建任务数目，将从空闲的重建节点中选取与未分配的图像重建任务数目相同的重建节点用于未分配的图像重建任务一一分配；若空闲节点数目小于未分配图像重建任务数目，从未分配图像重建任务中选取与空闲节点数目相同的图像重建任务一一分配给空闲节点。能使重建任务及时执行，同时适用按需动态扩展的重建节点。本发明还提供实现上述方法的PET图像重建系统，能按需动态扩展重建节点。

Description

一种PET图像重建方法和系统
技术领域
本发明涉及医疗影像技术领域，尤其涉及一种PET图像重建方法和系统。
背景技术
PET(Positron Emission Tomography，正电子发射计算机断层扫描)是目前核医学领域中一种先进的分子成像技术，已被广泛应用于临床检查和科学研究。
PET检查的特点是按床位进行扫描和重建，再将各床位重建结果拼接得到完整的检查图像。一次PET图像重建的耗时很长，目前主流的TOF静态重建算法一个床位耗时约80秒，一次PET全身扫描通常会有6个以上的床位，因此PET全身静态重建任务总耗时在8分钟以上；并且在临床中，经常需要为一次PET检查添加多组重建任务，比如采用不同的重建方法或重建参数，得到不同类型的重建结果，从而帮助医生进行更准确更全面的诊断。另外，PET图像重建还有一些高级的重建类型在临床和科研中会经常用到，例如动态重建、门控重建等，这些复杂的重建类型会占用更多的重建时间；以动态重建为例，分帧数量越多，重建时间越长，一个动态重建任务通常需耗时数个小时。因此，对于一台PET设备来说，在患者扫描量较大时，存在重建资源的紧张，需要合理安排重建任务，如果不能及时得到重建结果，将会大大影响临床诊断的效率。
现有中为快速、及时地得到重建结果，通常有以下几种做法：1.提升PET重建工作站的硬件配置。提供了更强大的算力来加速重建过程，比如增加CPU的主频和核数、采用更大的系统内存，但会导致重建工作站价格飙升，并且CPU的核数和主频等性能不可能无限提升，无法从根本上解决问题。2.优化重建算法。缩短了重建时间，比如改用GPU计算，但是对算法研究人员要求高，开发难度大，并且优化重建算法对高级的重建类型改善有限，仍然会长时间占用有限的重建资源。3.对重建任务按优先级进行调度，优先级高的重建先得到执行。但是重建任务的总耗时并不会减少，只能保证重要的重建任务能够优先得到执行，在重建任务队列中，仍然会堆积很多任务。
因此，亟需一种PET图像重建方法和系统。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供的PET图像重建方法，能使重建任务及时执行，快速得到重建结果，同时适用按需动态扩展的重建节点。本发明还提供一种实现上述方法的PET图像重建系统，能够按需动态扩展重建节点。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种PET图像重建方法，基于多个并行运行的重建节点用于图像重建，包括以下步骤：
S1、获取多个图像重建任务。
S2、按照预设时间间隔获取多个重建节点的工作状态，存在工作状态为空闲的重建节点时，如果空闲的重建节点的数目大于或等于未分配的图像重建任务的数目，则从空闲的重建节点中选取与未分配的图像重建任务数目相同的重建节点用于未分配的图像重建任务一一分配；如果空闲的重建节点的数目小于未分配的图像重建任务的数目，则从未分配的图像重建任务中选取与空闲的重建节点数目相同的图像重建任务一一分配给空闲的重建节点。
重建节点的数量根据重建工作站的数量确定，重建节点之间相互隔离。
作为本发明方法的一种改进，图像重建任务包括患者扫描编号、重建编号、选定重建类型、选定重建方法、选定迭代次数和子集数。
作为本发明方法的一种改进，从空闲的重建节点中选取与未分配的图像重建任务数目相同的重建节点用于未分配的图像重建任务一一分配，包括：从空闲的重建节点中选取与未分配的图像重建任务数目相同的重建节点，用于未分配的图像重建任务按照图像重建任务队列的排序一一分配。从未分配的图像重建任务中选取与空闲的重建节点数目相同的图像重建任务一一分配给空闲的重建节点，包括：按照图像重建任务队列的排序，从未分配的图像重建任务中选取与空闲的重建节点数目相同的图像重建任务一一分配给空闲的重建节点。
作为本发明方法的一种改进，在步骤S1之后，步骤S2之前，包括：存在多个图像重建任务时，按照图像重建任务的优先级从高到低，对多个图像重建任务进行排序；存在多个图像重建任务处于相同的优先级时，按照创建时间从早到晚，对处于相同优先级的图像重建任务进行排序，获得图像重建任务的队列。
作为本发明方法的一种改进，重建节点的数量根据重建工作站的数量确定，包括：一个重建工作站对应一个重建节点。
一种PET图像重建系统，包括重建任务调度器和重建资源池，重建任务调度器与重建资源池通讯连接；重建资源池包含多个重建节点，重建节点的数量根据重建工作站的数量确定，重建节点之间相互隔离，多个重建节点并行运行用于图像重建；重建任务调度器，用于获取多个图像重建任务，并按照预设时间间隔获取多个重建节点的工作状态，存在工作状态为空闲的重建节点时，如果空闲的重建节点的数目大于或等于未分配的图像重建任务的数目，则从空闲的重建节点中选取与未分配的图像重建任务数目相同的重建节点用于未分配的图像重建任务一一分配；如果空闲的重建节点的数目小于未分配的图像重建任务的数目，则从未分配的图像重建任务中选取与空闲的重建节点数目相同的图像重建任务一一分配给空闲的重建节点。
进一步地，还包括原始数据存储模块；重建资源池与原始数据存储模块通讯连接，用于重建资源池中的重建节点根据分配的图像重建任务，读取医疗影像原始数据。
进一步地，还包括DICOM存储模块；DICOM存储模块与重建资源池通讯连接，用于接收重建资源池中的重建节点根据分配的图像重建任务进行图像重建的重建结果。
进一步地，还包括用户界面；重建任务调度器与用户界面通讯连接，用于将每个重建节点的工作状态更新至用户界面。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的图像重建方法，基于多个并行运行的重建节点用于图像重建，在图像重建过程中，空闲的重建节点及时执行图像重建任务，使得多个并行运行的重建节点得到充分利用，在同一时间执行多个图像重建任务。与现有技术相比，本发明方法能够在相同时间内完成更多数量的图像重建任务，使重建任务及时执行，快速得到重建结果。
2、本发明提供的图像重建方法，是根据重建节点的工作状态进行重建任务的分配，对重建节点的数量不做限制，并且重建节点之间相互隔离、没有关联，因此采用本发明方法进行图像重建，同样适用按需动态扩展后的重建节点，满足医院临床扫描量大和科研的需求。
3、通过将一个重建工作站对应一个重建节点，即能使重建任务及时执行，快速得到重建结果，同时所需重建工作站数量少，成本低。
4、通过按照优先级和创建时间对图像重建任务进行调度，优化图像重建任务队列，使得优先级高、创建时间早的图像重建任务先执行，利于快速、及时的得到重建结果，提高临床诊断效率。
5、本发明提供的图像重建系统，能够实现上述图像重建方法，并且支持按需动态扩展重建节点。在实际应用中，使得医院可以根据临床患者扫描量的增加以及科研需求的变化，在需要时配置更多的重建节点，而不用在设备采购初期一次性大笔投入，造成资源的闲置和浪费。
6、通过重建节点对医疗原始数据只进行读取操作，即使有多个重建节点同时读取相同的医疗原始数据文件，也不会出现访问冲突，不会影响读取速度，从而对重建速度也不会有影响。
附图说明
本发明借助于以下附图进行描述：
图1为本发明具体实施方式中PET图像重建的拓扑结构图；
图2为本发明具体实施方式中PET图像重建方法的流程图；
图3为本发明具体实施方式中PET图像重建系统的模块结构示意图。
【附图标记说明】
1：控制台工作站；
11：用户界面；12：重建任务调度器；13：原始数据存储模块；14：DICOM存储模块；
2：局域网；
3：重建资源池；
31：重建节点；311：重建工作站。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明提供的PET图像重建方法，如图1所示，基于多个并行运行的重建节点用于图像重建，重建节点的数量根据重建工作站的数量确定，重建节点之间相互隔离。
在本发明的一具体实施例中，提供的PET图像重建方法如图2所示，包括以下步骤：
步骤S1、获取多个图像重建任务。
具体地，图像重建任务包含一个重建要素结构体，该重建要素结构体定义了重建的完整信息，如患者扫描编号、重建编号、选定重建类型、选定重建方法、选定迭代次数、子集数等。
步骤S2、按照预设时间间隔获取多个重建节点的工作状态，并在存在工作状态为空闲的重建节点时，判断空闲的重建节点的数目是否小于未分配的图像重建任务的数目。
步骤S3、若是，从未分配的图像重建任务中选取与空闲的重建节点数目相同的图像重建任务一一分配给空闲的重建节点；否则，从空闲的重建节点中选取与未分配的图像重建任务数目相同的重建节点用于未分配的图像重建任务一一分配。
本发明提供的图像重建方法，基于多个并行运行的重建节点用于图像重建，在图像重建过程中，空闲的重建节点及时执行图像重建任务，使得多个并行运行的重建节点得到充分利用，在同一时间执行多个图像重建任务。与现有技术相比，本发明方法能够在相同时间内完成更多数量的图像重建任务，使重建任务及时执行，快速得到重建结果。同时本发明提供的图像重建方法，是根据重建节点的工作状态进行重建任务的分配，对重建节点的数量不做限制，并且重建节点之间相互隔离、没有关联，因此采用本发明方法进行图像重建，同样适用按需动态扩展后的重建节点，满足医院临床扫描量大和科研的需求。
优选地，重建节点的数量根据重建工作站的数量确定，包括：一个重建工作站对应一个重建节点。所需重建工作站数量少，成本低，并且能使重建任务及时执行，快速得到重建结果。
优选地，步骤S3中，从空闲的重建节点中选取与未分配的图像重建任务数目相同的重建节点用于未分配的图像重建任务一一分配，包括：从空闲的重建节点中选取与未分配的图像重建任务数目相同的重建节点，用于未分配的图像重建任务按照图像重建任务队列的排序一一分配。从未分配的图像重建任务中选取与空闲的重建节点数目相同的图像重建任务一一分配给空闲的重建节点，包括：按照图像重建任务队列的排序，从未分配的图像重建任务中选取与空闲的重建节点数目相同的图像重建任务一一分配给空闲的重建节点。
进一步优选地，图像重建任务队列的获取在步骤S1之后，步骤S2之前，包括：存在多个图像重建任务时，按照图像重建任务的优先级从高到低，对多个图像重建任务进行排序；存在多个图像重建任务处于相同的优先级时，按照创建时间从早到晚，对处于相同优先级的图像重建任务进行排序，获得图像重建任务的队列。通过按照优先级和创建时间对图像重建任务进行调度，优化图像重建任务队列，使得优先级高、创建时间早的图像重建任务先执行，利于快速、及时的得到重建结果，提高临床诊断效率。
本发明还提供一种PET图像重建系统，如图3所示，包括重建任务调度器12和重建资源池3，重建任务调度器12与重建资源池3通讯连接。重建资源池3包含多个重建节点31，重建节点的数量根据重建工作站的数量确定，重建节点31之间相互隔离，多个重建节点并行运行用于图像重建。重建任务调度器12，用于获取多个图像重建任务，并按照预设时间间隔获取多个重建节点的工作状态，存在工作状态为空闲的重建节点时，如果空闲的重建节点的数目大于或等于未分配的图像重建任务的数目，则从空闲的重建节点中选取与未分配的图像重建任务数目相同的重建节点用于未分配的图像重建任务一一分配；如果空闲的重建节点的数目小于未分配的图像重建任务的数目，则从未分配的图像重建任务中选取与空闲的重建节点数目相同的图像重建任务一一分配给空闲的重建节点。
本发明提供的图像重建系统，能够实现上述图像重建方法，并且支持按需动态扩展重建节点。在实际应用中，使得医院可以根据临床患者扫描量的增加以及科研需求的变化，在需要时配置更多的重建节点，而不用在设备采购初期一次性大笔投入，造成资源的闲置和浪费。
进一步地，PET图像重建系统还包括原始数据存储模块13；重建资源池3与原始数据存储模块13通讯连接，用于重建资源池中的重建节点根据分配的图像重建任务，读取医疗影像原始数据。通过重建节点对医疗原始数据只进行读取操作，即使有多个重建节点同时读取相同的医疗原始数据文件，也不会出现访问冲突，不会影响读取速度，从而对重建速度也不会有影响。
进一步地，PET图像重建系统还包括DICOM存储模块14；DICOM存储模块14与重建资源池3通讯连接，用于接收重建资源池中的重建节点根据分配的图像重建任务进行图像重建的重建结果。重建结果以DICOM图像序列文件形式输出，使得DICOM存储模块可以向其他模块提供图像序列文件，比如实现图像浏览、归档以及导出等功能的模块。
进一步地，PET图像重建系统还包括用户界面11；重建任务调度器12与用户界面11通讯连接，用于将每个重建节点的工作状态更新至用户界面。方便用户及时查看图像重建进度。
采用本发明提供的PET图像重建系统进行图像重建的流程如下：
101.启动PET图像重建系统，扫描当前分布式环境中可用的重建节点，并根据硬件状态正常的重建节点，构建重建资源池。
102、重建任务调度器从用户界面获取多个图像重建任务。
103、重建任务调度器在存在多个图像重建任务时，按照图像重建任务的优先级从高到低，对多个图像重建任务进行排序；存在多个图像重建任务处于相同的优先级时，按照创建时间从早到晚，对处于相同优先级的图像重建任务进行排序，获得图像重建任务的队列。
104、重建任务调度器按照预设时间间隔获取多个重建节点的工作状态，在存在工作状态为空闲的重建节点时，如果空闲的重建节点的数目大于或等于未分配的图像重建任务的数目，从空闲的重建节点中选取与未分配的图像重建任务数目相同的重建节点，用于未分配的图像重建任务按照图像重建任务队列的排序一一分配；如果空闲的重建节点的数目小于未分配的图像重建任务的数目，按照图像重建任务队列的排序，从未分配的图像重建任务中选取与空闲的重建节点数目相同的图像重建任务一一分配给空闲的重建节点。
105、重建资源池中的重建节点根据分配的图像重建任务，从原始数据存储模块中读取医疗影像原始数据，并分配CPU、内存等硬件资源，按重建要素结构体中的重建类型、重建方法、迭代次数和子集数开始重建。
106、DICOM存储模块接收重建资源池中的重建节点根据分配的图像重建任务进行图像重建的重建结果。
107、图像重建过程中，重建任务调度器将获取的每个重建节点的工作状态实时更新至用户界面。
以TOF静态重建算法为例。采用现有的PET图像重建系统对每个床位的图像重建通常在80秒左右。而采用本发明的方法和系统，若基于3个并行运行的重建节点用于图像重建，一个重建工作站对应一个重建节点，可同时执行3个重建任务，在80秒内可完成三个重建任务。由此可见，相比传统单机80秒只能重建一个床位图像，本发明方案进行图像重建的效率极高。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种PET图像重建方法，其特征在于，基于多个并行运行的重建节点用于图像重建，包括以下步骤：
S1、获取多个图像重建任务；
S2、按照预设时间间隔获取所述多个重建节点的工作状态，存在工作状态为空闲的重建节点时，如果空闲的重建节点的数目大于或等于未分配的图像重建任务的数目，则从空闲的重建节点中选取与未分配的图像重建任务数目相同的重建节点用于未分配的图像重建任务一一分配；如果空闲的重建节点的数目小于未分配的图像重建任务的数目，则从未分配的图像重建任务中选取与空闲的重建节点数目相同的图像重建任务一一分配给空闲的重建节点；
重建节点根据分配的图像重建任务，从原始数据存储模块读取医疗影像原始数据进行图像重建获得重建结果，并将重建结果发送至DICOM存储模块；
所述重建节点的数量根据重建工作站的数量确定，重建节点之间相互隔离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像重建任务包括患者扫描编号、重建编号、选定重建类型、选定重建方法、选定迭代次数和子集数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从空闲的重建节点中选取与未分配的图像重建任务数目相同的重建节点用于未分配的图像重建任务一一分配，包括：从空闲的重建节点中选取与未分配的图像重建任务数目相同的重建节点，用于未分配的图像重建任务按照图像重建任务队列的排序一一分配；
所述从未分配的图像重建任务中选取与空闲的重建节点数目相同的图像重建任务一一分配给空闲的重建节点，包括：按照图像重建任务队列的排序，从未分配的图像重建任务中选取与空闲的重建节点数目相同的图像重建任务一一分配给空闲的重建节点。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1之后，所述步骤S2之前，包括：
存在多个图像重建任务时，按照图像重建任务的优先级从高到低，对所述多个图像重建任务进行排序；
存在多个图像重建任务处于相同的优先级时，按照创建时间从早到晚，对处于相同优先级的图像重建任务进行排序，获得图像重建任务的队列。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重建节点的数量根据重建工作站的数量确定，包括：一个重建工作站对应一个重建节点。
6.一种PET图像重建系统，其特征在于，包括重建任务调度器和重建资源池，所述重建任务调度器与所述重建资源池通讯连接；
所述重建资源池包含多个重建节点，重建节点的数量根据重建工作站的数量确定，重建节点之间相互隔离，多个重建节点并行运行用于图像重建；
所述重建任务调度器，用于获取多个图像重建任务，并按照预设时间间隔获取多个重建节点的工作状态，存在工作状态为空闲的重建节点时，如果空闲的重建节点的数目大于或等于未分配的图像重建任务的数目，则从空闲的重建节点中选取与未分配的图像重建任务数目相同的重建节点用于未分配的图像重建任务一一分配；如果空闲的重建节点的数目小于未分配的图像重建任务的数目，则从未分配的图像重建任务中选取与空闲的重建节点数目相同的图像重建任务一一分配给空闲的重建节点；
PET图像重建系统还包括原始数据存储模块；所述重建资源池与所述原始数据存储模块通讯连接，用于重建资源池中的重建节点根据分配的图像重建任务，读取医疗影像原始数据；
PET图像重建系统还包括DICOM存储模块；所述DICOM存储模块与所述重建资源池通讯连接，用于接收重建资源池中的重建节点根据分配的图像重建任务进行图像重建的重建结果。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括用户界面；
所述重建任务调度器与所述用户界面通讯连接，用于将每个重建节点的工作状态更新至用户界面。
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